plik

ZESTAW NR 1

Przedstaw zasady wyznaczania współczynnika filtracji za pomocą rurki

Kamińskiego

Szybki pomiar współczynnika filtracji umożliwia rurka Kamieńskiego. Jest to bardzo prosty
przyrząd. Badanie w rurce Kamińskiego polega na badaniu przy zmiennym spadku
hydraulicznym. Rurka Kamieńskiego to rzeczywiście kawałek rurki o długości rzędu 25 cm i
o średnicy rzędu 4 cm. Kiedyś stosowało się tzw. rurki winygrowe teraz jest to rurka z PCV
albo pleksiglasu.

Wzór na obliczenie współczynnika filtracji jest następujący:

Gdzie:
Jeśli próbkę gruntu wsypujemy do cylindra i ubijamy powinniśmy odpowietrzyć wstawiając
do jakiegoś naczynia aby nastąpiło nawodnienie od dołu. Po nawodnieniu nalewamy wodę do
pewnego poziomu i następnie obserwujmy obniżanie się zwierciadła wody o wartość 2-5 cm i
wyznaczamy współczynnik.

Przedstaw tok postępowania przy obliczaniu odwodnień metodą Forheimiera

Metoda Forheimiera to metoda pozwalająca na obliczanie dopływu do dowolnie
usytuowanego zespołu studni.

Jeśli te wszystkie studnie będą pracować to mamy do czynienia z lejem depresyjnym, który
będzie miał ślaczkowaty kształt. W pewnym miejscu będziemy mieli do czynienia z środkiem
ciężkości zespołu (na planie M).

Od tego środka ciężkości zaznaczony jest promień 21 depresji r. Depresje s0 i wysokość
zwierciadła wody H0. Wysokość zwierciadła wody w otworze obserwacyjny to z0 a w otworze
obserwacyjnym p to zp.

Przy pompowaniu zwierciadła numer 1 zwierciadło w otworze o określony jest

wzorem:

h1- wysokość dynamicznego zwierciadła wody w otworze numer 1
q1- wydatek otworu numer 1
k – wsp. filtracji
x1- odległość otworu obserwacyjnego od otworu numer 1
r1 – promień otworu numer 1

Jeśli zespół studni położony jest na kole, kwadracie lub trójkącie. To wtedy możemy obliczyć
promień zastępczy zespołu:

F- powierzchnia pola ograniczonego położeniem otworów wchodzących w skład zespołu

Z ogólnego równania Forheimera możemy wyliczyć sumaryczny wydatek zespołu przy
zadanej depresji zwierciadła w środku ciężkości zespołu.

Wyjaśnij na czym polega wyznaczanie genezy wód podziemnych na podstawie

badań izotopów stabilnych tlenu i wodoru

Polega to na badaniu izotopów tlenu i wodoru (znaczników).

Izotopy tlenu i wodoru są znacznikami dzięki którym możliwe jest obserwowanie zmian w
celu wyznaczenia prędkości przepływu wód. Składniki izotopowe mogą posłużyć do
wyznaczania wieku i genezy wód.

Są to przede wszystkim izotopy wodoru (izotop promieniotwórczy tryt), deuter – izotop
trwały, izotop węgla 14C i 13C, izotop tlenu 18O (trwały). W zakresie tych izotopów są
największe doświadczenia i są w znacznym stopniu wykorzystywane.

Badane są izotopy trwałe tlenu i wodoru. Znaczenie w hydrogeologii ma różnicowanie się
składu izotopowego w różnicowaniu się cyklu hydrogeologicznego. Jeśli np. mamy zbiornik i
woda paruje to w parze wodnej mamy przede wszystkim izotopowy lżejsze, a woda z którego
paruje wzbogaca się w izotopy cięższe. Zawartość izotopów ciężkich maleje wraz ze
wzrostem wysokości i spadkiem T. przy czym ważne znacznie ma stwierdzona prostoliniowa
zależność miedzy zawartości tlenu i deuteru w wodach powierzchniowych i opadach.

Generalnie na świecie: przedstawiony mamy zależność liniową. Im niższe koncentracje
deuteru i tlenu to charakterystyczne jest to dla opadów o zimnym klimacie. Jak przesuniemy
się do wyższych wartości do mamy klimat ciepły. Wzorcem dla tlenu i wodoru mieliśmy
SMOW – średni skład izotopowy dla wody morskiej
Badane są izotopy trwałe tlenu i wodoru.

Przedstaw przyczyny starzenia studni

Starzenie się studni, czyli kolmatacja i korozja.

Przyczyny starzenia:
Procesy kolmatacji: osadzanie się na filtrach osadów zwykle żelazistych prowadzące do
obniżenia wydajności studni.

Wyróżniamy kolmatację:
o Mechaniczną – chodzi tutaj o prawidłowy dobór filtra i prawidłowy dobór obsypki.
o Chemiczną – wyróżniamy kolmatację węglanową i żelazistą oraz manganową.
Kolmatacja węglanowa polega na tym samym co każdy może zaobserwować w sowim
czajniku – wytrąca się węglan wapnia. W wodzie mamy rozpuszczone jony Ca i HCO3 :

Podobny mechanizm ma kolmatacja żelazista:

o Biologiczną – polega to na tym, że występują bakterie żelaziste i manganowe.
 Procesy korozji – sprzyjają jej warunki kiedy mamy niską wartość pH, niską twardość i

wysoką zawartość CO2.

Wyróżniamy procesy korozji:
o Elektrochemiczną – polega na tworzeniu się ogniw galwanicznych (obszarach o różnych
potencjalnie elektrochemicznych).
o Indukowaną czynnikami mikrobiologicznymi – szczególne znaczenie ma aerobowa korozja
metali powodowana siarczanami. Zachodzą tu takie zjawiska:

Jak ograniczać procesy starzenia się?

– usuwanie osadów kolmatacyjnych lub osadów z korozji.

Na schematycznym przekroju przedstaw schemat krążenia wód podziemnych w
zbiorniku dolinnym

Podaj zasady wyznaczania prędkości przepływu wód podziemnych metodą
elektrolityczną (Slichtera)

Metoda elektrolityczna Slichtera jest to metoda wskaźnikowa służąca do

wyznaczania

prędkości przepływu wód podziemnych.

Tego typu badanie to badanie polowe. Metodę tą stosuje się przy badaniu wód porowych oraz
przy badaniu wód szczelinowych i krasowych.

– polega ona na tym, że w otwór wskaźnikowy, obserwacyjny

wprowadza się opór elektryczny. Mierzy się natężenie prądu, które będzie wzrastać w miarę
pojawienia się elektrolitów. Wzrasta natężenie rozpadu w otworze.

ZESTAW NR 2

1. Wyznaczanie współczynnika filtracji metodą Magga i Kozery

Metoda polegająca na badaniu wypływu wody z otworu lub ze studni poprzez dno.

Opracowali ją teoretycznie i doświadczalnej dla wariantu zalewania otworów i studni przez
dno. Założyli, że środowisko skalne jest izotropowe. Infiltracja zachodzi jednakowo we
wszystkich kierunkach, powierzchnie ekwipotencjalne są w związku z tym kuliste. Polega to
na tym, że mamy otwór w którym:
Spadek maleje wraz z obniżaniem się zwierciadła.

Gdzie
r- promień rury wiertniczej w m
Δh – różnica wysokości słupa wody w rurze ponad zwierciadłem wody gruntowej na
początku i końcu badania w m
Δt – czas w którym nastąpiła zmiana wysokości zwierciadła wody
Zaleta tej metody polega na tym, że badania możemy przeprowadzić na różnej głębokości w
trakcie wiercenia. Co jakiś odcinek możemy wykonać takie badanie. Generalnie metoda ta
nadaje się głównie do płytkich otworów bo problem polega tutaj na tym żeby wyniki były
wiarygodne to musi być zachowana czystość dna otworu.

Możemy porównać to ze wzorem Darcy:

Spadek maleje wraz z obniżaniem się zwierciadła.

zalewania wykopów w dnie
szybików.
Wykonuje się szybik o głębokości rzędu np. 1m. w dnie szybiku wykonuje się wykop o
głębokości 10 cm i średnicy 40 cm przy brzegu ustawia się naczynie z wodą przy czym w to
zagłębienie stawia się cylinder metalowy o wysokości 20cm średnicy 35 i 75cm. Cylinder
uszczelnia się iłem aby nie nastąpiło przebicie wody na boki tego cylindra. Na brzegu wykopu
ustawia się zbiornik z woda 5-10 l i reguluje się dopływ wody tak aby słup wody utrzymywał
się stale na wysokości 10 cm od krawędzi cylindra. Jeśli te warunki są spełnione co spadek
hydrauliczny jest równy 1, a k = v i wtedy współczynnik filtracji oblicza się ze wzoru:
k = 0,001Q i jest to współczynnik obliczony w cm/min.
gdzie: Q- ilość pochłanianej wody w cm3 na min

Metoda infiltrometryczna

Polegają na tym, że rurę wbija się w utwory które chcemy badać, nalewa wodę do tego
cylindra i mierzy również opadanie. Takie pomiary są szczególnie przydatne kiedy chcemy
badać związki wód podziemnych i powierzchniowych w korytach cieków wodnych. Jeśli
chcemy badać przepuszczalność to trzeba nalać wody do cylindra ponad zwierciadło wody w
cieku lub cylindrze. Cylinder zagłębia się na głębokość l0, która wynosi od 0,2 do 0,6 m.

2. Zasada odbić zwierciadlanych - studnie współdziałające

Zasada odbić zwierciadlanych – polega na założeniu, że w warstwie o nieograniczonym
rozprzestrzenieniu oprócz studni rzeczywistej pracuj studnia fikcyjna tak położona w
stosunku do studni rzeczywistej jak obraz studni rzeczywistej i jakby zwierciadłem była
granica warstw. Studnia fikcyjna może być eksploatowana albo iniekowana. Jeśli mamy taki
układ to możemy wyliczyć wydatek we współdziałaniu obu studni. Gdyby granicą była rzeka
w studni rzeczywistej wydajność byłaby większa. Gdyby była to granica fizyczna, wtedy w
studni rzeczywistej wydajność byłaby mniejsza

Metoda wyznaczania współczynnika turbulentnego C wg Rorabangha

Współczynnik turbulentny jest to inaczej opór studni. Współczynnik oporu studni C
odnosi się do strat wysokości hydraulicznej (przyrostu depresji) w samej studni i w strefie

przyfiltrowej, jest więc miernikiem stanu technicznego studni pod względem
hydraulicznym.
Depresja dodatkowa (zeskok) . ΔS może być opisana przy użyciu parametru C.
ΔS = CQn , gdzie: CQ – opór filtra, przy przyjęciu założenia Rorabaugha, że strefa ruchu
turbulentnego rozszerza się ze wzrostem wydatku, Wykładnik potęgowy przyjmuje się
wartość n różną od 2
wg Rorabangha to równanie powinniśmy zapisać następująco: s =BQ+ CQn (gdzie n jest
różne od 2). BQ – opór warstwy wodonośnej.
Po próbnym pompowaniu należy sporządzić wykres zależności takich parametrów jak s/Q

i Q.

Jeśli te punkty dadzą nam linię prostą jest to podstawa żeby zastosować rozwiązanie Jacoba,
jeśli nie da się skonstruować linii prostej na podstawie tych 3 pomiarów to musimy
zastosować rozwiązanie Rorabangha.

Opisać wyznaczanie wieku wody metodą radiowęglową

metoda radioweglowa 14C. otóż węgiel 14C podobnie jak tryt powstaje w wyniku
działania neutronów na atomy azotu. Powstały węgiel 14C utlenia się do CO2 i włącza się
do obiegu. Koncentracje węgla 14C wyrażamy w tzw. jednostkach pmc. Przyjęto że
zawartość izotopu za ten wzorzec w drzewie rosnącym przed rokiem 1950 wynosiła 100
pmc.14C dostaje się do wód podziemnych poprzez rośliny wydzielające CO2 w strefie
korzeniowej i rozkład substancji organicznej. CO2 przechodzi w kwaśny węglan. Reakcja
jest następująca:

Przyjmuje się w związku z tym, że w wodzie podziemnej powinno być 50 pmc (1 atom z
CO2 i drugi z węglanów). Okres półrozpadu węgla 14C wynosi 5730 lat. W związku z
tym węgiel 14C pozwala nam na wyznaczanie wieku rzędu nawet do 30-40 lat wstecz.
Problem jest w tym, ze dokładność nie jest duża. Trzeba zakładać ze nie większa niż 2000
lat.

Mapa hydroizohips i linii prądu w odniesieniu do leja depresji wywołanego

pompowaniem

6.Wyznaczanie współczynnika filtracji metodą Flow-pump

W cylindrze umieszczamy próbkę gruntu, taka próbka powinna być pobrana próbka NNS.
Mamy komorę stałego ciśnienia; 3. pompa infuzyjna; 4.czujnik ciśnienia porowego;
5.czujnik różnicowy. Polega to na tym, że za pomocą pompy wymuszany jest przepływ ze
stałym wydatkiem Q (cm/s). Do badań można wykorzystać wodę destylowaną ale zaleca
się korzystać z siarczanu wapnia 0,01 normalnego roztworu – ogranicza wymywanie
składników z próbki i procesy wymiany jonowej. Czujnik ciśnienia porowego służy do
kontroli zmian w procesie odpowietrzania i odsysania wody. Próbka NNS i średnicy 3,65
cm i wysokości od 2.5-7.2 zabezpiecza się cienką gumą i umieszcza się w komorze. Od
góry i od dołu umieszcza się filtry o porowatości efektywnej 0,4. Następuje proces
odpowietrzania próbki poprzez zatłaczanie wody pod ciśnieniem a następnie poddaje się
próbkę izotropowej konsolidacji. Badania prowadzi się na III stopniach zwiększających
się wydatkach, każdy kolejny wydatek jest 2-krotnie wyższy od poprzedniego. W trakcie
badań rejestruje się czas i ciśnienie różnicowe w miliwoltach. Wylicza się współczynnik
filtracji z następującego wzoru:

gdzie:
k – współczynnik filtracji cm/s
L -wysokość próbki w cm
Q – wydatek pompy infuzyjnej w cm3/s
A- powierzchnia próbki w cm2
h’ – wysokość słupa wody na wejściu i wyjściu w cm

Podobne badania możemy zastosować w pierścieniu edometru ale może to trwać nawet
do kilku miesięcy albo i więcej.

ZESTAW NR 3

1. Jak się wyznacza współczynnik C metodą Jacoba

Metoda Jacoba polega na wykreśleniu zależności s/Q do Q. Jeśli uzyskamy prostą możemy
wyliczyć wartość współczynnika C

Żeby przeliczyć wartość Rorabangha na wartość C wg Jacoba należy zastosować wzór:

2. Narysuj lej depresji studni przy nachylonym zwierciadle wody (z każdej

perspektywy najlepiej)

3. Podaj trzy znane Ci wzory na obliczenie promienia leja depresji

wzór Sichardta

gdzie:
s – depresja studni (m)
k- współczynnik filtracji (m/s)

wzór Kusakina

s – depresja studni (m)
k- współczynnik filtracji (m/s)
H - wysokość zwierciadła statycznego wody (m)

wzór Kerkisa

gdzie:
Q- wydatek studni na dobę (m

/d)

W – średnie dobowe zasilanie przez infiltracje opadów na dobę (m/d)

wzór Kozery

gdzie:

t – czas (s)
Q – wydatek studni (m

/d)

k – wsp. filtracji (m/s)
μ - wsp. odsączalności

Wzór Czarnego

gdzie:
s

, s

– depresje w czasie powrotu (m)

S – wsp. zasobności sprężystej
t

, t

– czas po przerwaniu pompowania z końcowego okresu zwierciadła (s)

T - współczynnik wodoprzewodności (m

/h)

4. Co to są i do czego służą Tryt i C14

Tryt – izotop promieniotwórczy, powstaje w górnych warstwach atmosfery pod wpływem
promieniowania kosmicznego. Mianowicie jądra azotu bombardowane przez neutrony i
mamy węgiel 12C + tryt. Koncentracje trytu wyraża się za pomowca jednostki trytowej TU. 1
TU = 1 atom trytu.
1 TU = 0, 118 Bq/kg.
Jest znacznikiem środowiskowym wykorzystywanym do wyznaczania wieku i genezy wód.

14C – promieniotwórczy izotop węgla pozwalający na dokładne określanie wieku. Węgiel
14C podobnie jak tryt powstaje w wyniku działania neutronów na atomy azotu. Powstały
węgiel 14C utlenia się do CO2 i włącza się do obiegu. Koncentracje węgla 14C wyrażamy w
tzw. jednostkach pmc

Czas połowicznego rozpadu wynosi 5730 ± 40 lat.

5. Definicje – Peloidy, Szczawa,

Szczawa - woda zawierająca co najmniej 1000mg/l endogenicznego CO2

Peloidy - ogólna nazwa dennych osadów wód (

borowin

i mułów) zawierających w dużych

stężeniach

sole mineralne

oraz znaczną ilość resztek organicznych (pochodzenia

roślinnego i zwierzęcego), czasem też związków hormonalnych o charakterze

estrogenów

6. Metoda wyznaczania współczynnika filtracji za pomocą wzniosu zwierciadła wody

Opracował ją Roman Rosłoński opierając się na wzorze Forchheimera na dopływ wody do
studni przez jej dno. Metoda ta była opracowana do wyznaczania współczynnika filtracji do
studni szybowych. Metoda ta opiera się na wzniosie zwierciadła wody, po krótkim
pompowaniu tak, że w warstwie wodonośnej nie zdąży się wytworzyć lej i dopływ jest przez
dno. Polega to na tym, że wypompowuje się wodę ze studni i następnie w krótkich odstępach
czasu (co 2 min.) mierzy się tempo wzniosu. Tempo wzniosu zwierciadła wody w takiej
studni określa wzór:

Gdzie:
C- stała (miano przepuszczalności) – wartość charakterystyczna dla określonych warunków
hydrogeologicznych.
s

–maksymalna depresja w momencie przerwania pompowania i na początku rozpoczęcia

obserwacji (m)

s- depresja odpowiadająca czasowi T jaki upływa od momentu przerwania pompowania i
rozpoczęcia obserwacji

Wzór Rosłońskiego na współczynnik filtracji ma postać:

gdzie:
r – promień studni w m
C- miano przepuszczalności wyliczone wg wzoru powyżej

Warunek stosowalności wzoru jest taki, że